国防军工系列-DSP芯片docx

2026-09-29 03:40:02

　　P2 东兴证券专题报告 国防军工行业： 深度解析国睿四创背后的 DSP 芯片 目录 1. DSP 芯片主要功能为数字信号处理，应用领域广泛。 3 1.1 上世纪 80 年代 DSP 芯片问世 3 1.2 DSP 芯片的应用领域非常广泛 4 2. 高端市场被国外公司垄断， DSP 未来发展趋势为集成化和可编程 6 2.1 目前 3 家国际公司 DSP 芯片占据国际市场 6 2.2 集成化和可编程是 DSP 芯片发展趋势 7 2.3 FPGA 芯片与 DSP 芯片是相爱相杀的一对 7 3. 告别无“芯”之痛，国产 DSP 性能国际领先 10 3.1 华睿芯片是自主可控“核高基”成果 10 3.2 魂芯 DSP 芯片打破国外垄断 11 3.3 DSP 芯片在民用信息领域市场空间巨大 13 3.4 相关标的 15 4. 风险提示 16 表格目录 表 1:TI 公司官网上的主打的四款 DSP 芯片产品 6 表 2:ADI 公司主打 DSP 产品及应用领域 7 表 3:FPGA 芯片与 DSP 芯片的比较 9 表 4:魂芯 1 号与 TS201 特性对比 12 插图目录 图 1:DSP 芯片的诞生过程 3 图 2:DSP 芯片在市场上的使用情况 4 图 3:美国德州仪器公司的 TMS320 芯片 5 图 4:DSP 芯片的应用领域 5 图 5:FPGA 基本架构 8 图 6:2017 年 FPGA 四巨头市场占有率 8 图 7:2016 年 FPGA 芯片的应用领域 8 图 8:华睿芯片生态链 10 图 9:华睿芯片 11 图 10:魂芯 1 号 11 图 11:魂芯 2 号 A 13 图 12:2000~2017 年固定电线 DONGXING SECURITIES P3 1. DSP 芯片主要功能为数字信号处理，应用领域广泛。 1.1 上世纪 80 年代 DSP 芯片问世 DSP 即数字信号处理技术， DSP 芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。 DSP 芯片是一种快速强大的微处理器，独特之处在于它能即时处理资料。DSP 芯片的内 部采用程序和数据分开的哈佛结构， 具有专门的硬件乘法器， 可以用来快速的实现各 种数字信号处理算法。 在当今的数字化时代背景下， DSP 己成为通信、计算机、消 费类电子产品等领域的基础器件。 DSP 芯片的诞生是时代所需 。20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速 发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在 DSP 芯片出现之前数字信 号处理只能依靠微处理器来完成。但由于微处理器较低的处理速度不快， 根本就无法 满足越来越大的信息量的高速实时要求。因此应用更快更高效的信号处理方式成了日 渐迫切的社会需求。 上世纪 70 年代， DSP 芯片的理论和算法基础已成熟。但那时的 DSP 仅仅停留在教 科书上，即使是研制出来的 DSP 系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限于 军事、航空航天部门。 令 1978 年，AMI 公司发布世界上第一个单片 DSP 芯片 S2811，但没有现代 DSP 芯片所必须有的硬件乘法器； 令 1979 年，美国 Intel 公司发布的商用可编程器件 2920 是 DSP 芯片的一个主要里 程碑，但其依然没有硬件乘法器； 令 1980 年，日本 NEC 公司推出的 MPD7720 是第一个具有硬件乘法器的商用 DSP 芯片，从而被认为是第一块单片 DSP 器件。 图 1:DSP 芯片的诞生过程 资料来源： 公开网络、东兴证券研究所 P4 东兴证券专题报告 国防军工行业： 深度解析国睿四创背后的 DSP 芯片 1982 年世界上诞生了第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品。这种 DSP 器件采 用微米工艺 NMOS 技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比微处理器快了几 十倍。 DSP 芯片的问世是个里程碑，它标志着 DSP 应用系统由大型系统向小型化迈 进了一大步。至 80 年代中期，随着 CMOS 工艺的 DSP 芯片应运而生，其存储容量 和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。 令 80 年代后期，第三代 DSP 芯片问世。运算速度进一步提高， 其应用范围逐步扩 大到通信、计算机领域； 令 90 年代 DSP 发展最快，相继出现了第四代和第五代 DSP 芯片。第五代与第四 代相比系统集成度更高，将 DSP 芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。 令 进入 21 世纪后，第六代 DSP 芯片横空出世。第六代芯片在性能上全面碾压第 五代芯片，同时基于商业目的的不同发展出了诸多个性化的分支， 并开始逐渐拓 展新的领域。 1.2 DSP 芯片的应用领域非常广泛 DSP 芯片强调数字信号处理的实时性。DSP 作为数字信号处理器将模拟信号转换成 数字信号，用于专用处理器的高速实时处理。它具有高速， 灵活，可编程， 低功耗的 界面功能，在图形图像处理，语音处理，信号处理等通信领域起到越来越重要的作用。 应用 DSP 的领域较多，未来新应用领域有望层出不穷。根据美国的权威资讯公司统 计， 目前 DSP 芯片在市场上应用最多的是通信领域， 占 56.1％；其次是计算机领域， 占 21.16％；消费电子和自动控制占 10.69％；军事／航空占 4.59％；仪器仪表占 3.5％； 工业控制占 3.31％；办公自动化占 0.65％。 图 2:DSP 芯片在市场上的使用情况 3%5% 3% 21% 11% 1% 3% 56% 通信 消费电子和自动控制 计算机 军事／航空 仪器仪表 工业控制 办公自动化 资料来源： 公开网络、东兴证券研究所 DSP 芯片在多媒体通信领域的应用。媒体数据传输产生的信息量是巨大的，多媒体 网络终端在整个过程中需要对获取的信息量进行快速分析和处理，因此 DSP 被运用 在语音编码，图像压缩和减少语音通信上。如今 DSP 对于语音解码计算产生实时效 DONGXING SECURITIES 东兴证券专题报告 国防军工行业： 深度分析国睿四创背后的 DSP 芯片 P5 果，设计协议要求已经成为最基本的一条国际标准。 DSP 芯片在工业控制领域的应用 。在工业控制领域，工业机器人被广泛应用，对机 器人控制系统的性能要求也越来越高。机器人控制系统重中之重就是实时性，在完成 一个动作的同时会产生较多的数据和计算处理，这里可以采用高性能的 DSP。DSP 通过应用到机器人的控制系统后， 充分利用自身的实时计算速度特性， 使得机器人系 统可以快速处理问题，随着不断提高 DSP 数字信号芯片速度，在系统中容易构成并 行处理网络，大大提高控制系统的性能，使得机器人系统得到更为广泛的发展。 DSP 芯片在仪器仪表领域的应用 。DSP 丰富的片内资源可以大大简化仪器仪表的硬 件电仪路，实现仪器仪表的 SOC 设计。器仪表的测量精度和速度是一项重要的指标， 使用 DSP 芯片开发产品可使这两项指标大大提高。例如 TI 公司的 TMS320F2810 具 有高效的 32 位 CPU 内核，12 位 A/D 转换器，丰富的片上存储器和灵活的指挥系统， 为高精密仪器搭建了广阔的平台。高精密仪器现在已经发展成为 DSP 的一个重要应 用，正处于快速传播时期，将推动产业的技术创新。 DSP 芯片在汽车安全与无人驾驶领域的应用 。汽车电子系统日益兴旺发达起来，诸 如装设红外线和毫米波雷达，将需用 DSP 进行分析。如今，汽车愈来愈多，防冲撞 系统已成为研究热点。而且，利用摄像机拍摄的图像数据需要经过 DSP 处理，才能 在驾驶系统里显示出来，供驾驶人员参考。 DSP 芯片在军事领域的应用 。DSP 的功耗低、体积小、实时性反应速度都是武器装 备中特别需要的。如机载空空导弹，在有限的体积内装有红外探测仪和相应的 DSP 信号处理器等部分， 完成目标的自动锁定与跟踪。先进战斗机上装备的目视瞄准器和 步兵个人携带的头盔式微光仪，需用 DSP 技术完成图像的滤波与增强，智能化目标 搜索捕获。 DSP 技术还用于自动火炮控制、巡航导弹、预警飞机、相控阵天线等雷 达数字信号处理中。 图 3:美国德州仪器公司的 TMS320 芯片 资料来源： 公开网络，东兴证券研究所 图 4:DSP 芯片的应用领域 资料来源： 公开网络，东兴证券研究所 P6 东兴证券专题报告 国防军工行业： 深度解析国睿四创背后的 DSP 芯片 2. 高端市场被国外公司垄断，DSP 未来发展趋势为集成化和可 编程 2.1 目前 3 家国际公司 DSP 芯片占据国际市场 目前， 世界上 DSP 芯片制造商主要有 3 家：德州仪器(TI)、模拟器件公司(ADI) 和摩托罗拉(Motorola) 公司，其中 TI 公司独占鳌头， 占据绝大部分的国际市场份 额，ADI 和摩托罗拉公司也有一定市场。 德州仪器公司 (TI) 是 DSP 业界公认的龙头老大，公司在 1982 年成功推出了其第 一代 DSP 芯片 TMS32010，由于 TMS320 系列 DSP 芯片具有价格低廉、简单易用、 功能强大等特点，所以逐渐成为目前最有影响、最为成功的 DSP 系列处理器。在 TI 公司主打的三个系列中， c2000 系列现在所占市场份额较小，如今 TI 官网上的 DSP 产品主要以 c6000 与 c5000 为主。TI 的三大主力 DSP 产品系列为 C2000 系列主要 用于数字控制系统； C5000 (C54x、C55x)系列主要用于低功耗、便携的无线 系列主要用于高性能复杂的通信系统。 C5000 系列中的 TMS320C54x 系列 DSP 芯片被广泛应用于通信和个人消费电子领域。 令 C6000 系列主打产品为： C6000 DSP+ARM 处理器(12)——OMAP-L1x (5)、 66AK2x (7) ；C6000 DSP (94)——C674xDSP (5) 、C66x DSP (11) 令 C5000 系列主打产品为： C55x 超低功耗 DSP，为超低功耗的紧凑型嵌入式产 品提供高效的信号处理。 TI 公司的 DSP 产品主要应用范围在机器视觉、航空电子和国防、尺寸、重量和功耗 (SWAP)、音频、视频编码/解码与生物识别领域。 表 1:TI 公司官网上的主打的四款 DSP 芯片产品 超低功耗 C55x 单核 C674x 多核 C66x 多核 ARM+DSP (66ak2x) 主要特性 超 低 功 耗 、 定 点 DSP、FFT 硬件加速 器、集成 LDO、小尺 寸 低功耗、定点和浮点 DSP、 从 C64x/C67x 进行代码重 用、 PRU、与 OMAP-L138/2 引脚兼容、安全引导选项 高性能、高能效定点和浮 点、可实现增强的多核性 能的 Keystone 架构、安全 和数据包加速、单核到八 核 C66x 可扩展性 多达 4 个采用 NEON 的高性能 ARM? Cortex?-A15 内核、高能 效定点和浮点 C66xDSP、用于实 现增强的多核性能的 Keystone 架构、安全和数据包加速、集成 数字前端(DFE)、工业加速 应用 可穿戴设备、音频、 生物识别 移动无线电、点钞机、生 物识别 机器视觉、雷达、嵌入式 分析、多媒体基础设施、 航空电子设备、成像 航空电子设备和国防、通信和电 信、工业和过程控制、测试和测 量 定价 起始价格为 1.95 美 元(1K) 起始价格为 6.30 美元(1K) 起始价格 为 33.60 美元 (1K) 起始价格为 20.10 美元(1K) 资料来源： 公司官网，东兴证券研究所 目前， ADI 公司有六款主打产品，分别应用在语音处理、图像处理、过程控制、测控 DONGXING SECURITIES 东兴证券专题报告 国防军工行业： 深度分析国睿四创背后的 DSP 芯片 P7 与测量等领域。 表 2:ADI 公司主打 DSP 产品及应用领域 产品类型 特点 应用领域 ADSP-21xx 处理器 代码兼容且引脚兼容， 性能最高可达 160 MHz， 功率最低为 184 微安。 语音处理、声频调制解调器以及实时控 制应用 SigmaDSP 音 频处理 器 完全可编程的单芯片音频 DSP，可以由 SigmaStudioTM 图形开发工具进行配置。 汽车和便携式音频产品、集成式采样速 率转换器、模数转换器和输出放大器 电视用 SigmaDSP 处 理器 完全可编程的单芯片音频 DSP，可以由 SigmaStudioTM 图形开发工具进行配置。 汽车和便携式音频产品、集成式采样速 率转换器、模数转换器和输出放大器 Blackfin 处理器 由 16/32 位嵌入式处理器提供软件灵活性 和扩展能力 多格式音频、视频、语音和图像处理、 多模式基带和分组处理以及实时安全。 SHARC 处理器 出色的内核和存储器性能以及优异的 I/O 吞吐能力 为动态范围至关重要的许多应用提供 实时浮点处理性能。 TigerSHARC 处理器 领先的性能密度，适合多处理应用，峰值 性能远远超过每秒 10 亿次浮点运算。 汽车、电机和功率控制、过程控制、安 保和监控以及测试和测量等应用 资料来源： 公司官网、东兴证券研究所 摩托罗拉公司也是全球较大的 DSP 芯片生产商，其产品包括定点的和浮点的，专用 的和通用的， 16 位和 24 位以及 32 位。 DSP 芯片主要应用于语音处理、通信、数字 相机、多媒体、控制等领域。 主打产品有 DSP56000 系列、 DSP56800 系列、 DSP56800E 系列、 MSC8100 系列、 DSP56300 系列等。 2.2 集成化和可编程是 DSP 芯片发展趋势 未来 DSP 技术将向以下几个方面继续发展与更新： DSP 芯核集成度越来越高。缩小 DSP 芯片尺寸一直是 DSP 技术的发展趋势，当前 使用较多的是基于 RISC 结构，随着新工艺技术的引入，越来越多的制造商开始改进 DSP 芯核，并且把多个 DSP 芯核、 MPU 芯核以及外围的电路单元集成在一个芯片 上，实现了 DSP 系统级的集成电路。 可编程 DSP 芯片将是未来主导产品。随着个性化发展的需要， DSP 的可编程化为生 产厂商提供了更多灵活性，满足厂家在同一个 DSP 芯片上开发出更多不同型号特征 的系列产品，也使得广大用户对于 DSP 的升级换代。例如冰箱、洗衣机，这些原来 装有微控制器的家电如今已换成可编程 DSP 来进行大功率电机控制。 定点 DSP 占据主流。目前，市场上所销售的 DSP 器件中，占据主流产品的依然是 16 位的定点可编程 DSP 器件，随着 DSP 定点运算器件成本的不断低，能耗越来越 小的优势日渐明显，未来定点 DSP 芯片仍将是市场的主角。 2.3 FPGA 芯片与 DSP 芯片是相爱相杀的一对 FPGA 即现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路 (ASIC) 领域中的一种半定制 电路而出现的，既解决了定制电路的不足， 又克服了原有可编程器件门电路数有限的 赛灵思 赛灵思 阿尔特拉 美高森美 莱迪思 东兴证券专题报告 国防军工行业： 深度解析国睿四创背后的 DSP 芯片 缺点。 有了 FPGA 芯片， 可以用程序编一个新发明的 CPU 内核出来，嵌到 FPGA 芯 片中去， 并且可以嵌入多个。 图 5:FPGA 基本架构 资料来源： 公开网络，东兴证券研究所 国际 FPGA 市场被四大巨头垄断，分别是赛灵思、阿尔特拉、美高森美以及莱迪思。 阿尔特拉和赛灵思是 FPGA 的发明者，其中阿尔特拉于 1983 年发明世界上第一款可 编程逻辑器件，赛灵思于 1985 年公司推出的全球第一款 FPGA 产品 XC2064。根据 2017 年公司财务数据统计，赛灵思营收 23.49 亿美元，阿尔特拉(被英特尔收购) 为 19.02 亿美元，美高森美 FPGA 业务为 4.21 亿美元，莱迪思为 3.86 亿美元。赛灵 思和阿尔特拉两家公司几乎占据了整个国际市场的 90%。 图 6:2017 年 FPGA 四巨头市场占有率 8 8% 46% 38% 8% 资料来源： 公开网络，东兴证券研究所 图 7:2016 年 FPGA 芯片的应用领域 P9东兴证券专题报告 P9 DONGXING SECURITIES国防军工行业： 深度分析国睿四创背后的 DSP DONGXING SECURITIES 10% 20% 军工、航天 工业、医疗、安防等 通信 其他 45% 25% 资料来源： 中国知网，东兴证券研究所 FPGA 芯片与 DSP 芯片是有区别的。DSP 是专门的微处理器， 适用于条件进程， 特 别是较复杂的多算法任务。 FPGA 包含有大量实现组合逻辑的资源， 可以完成较大规 模的组合逻辑电路设计，同时还包含有相当数量的触发器，借助这些触发器， FPGA 又能完成复杂的时

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